|
|
Работа конструкционных материалов
ПЭС не отличается от работы материалов в морских гидротехнических
сооружениях. При их подборе необходимо лишь учитывать, что ПЭС представляет
собой тонкостенную наплавную конструкцию, а створы расположены в суровых
климатических условиях (Канада, США, СССР). Для этих условий кроме высокой
прочности (не менее М400) и водонепроницаемости (В8—В12) бетона выдвигается
требование его особо высокой морозостойкости (более Мрз 500), которая влияет
и на общую долговечность сооружений.
При сооружении ПЭС в мягких климатических условиях
требования обеспечения долговечности значительно снижаются. Так, примененный
на ПЭС Ране бетон М400 на шлакопортландцементе (70 % шлака и 30 % клинкера,
расход 400 кг/м3), фракционированных песке и гравии и без добавок после 15
лет эксплуатации находился в хорошем состоянии, кроме зоны брызг, где
отмечались незначительные повреждения
Для наплавных гидротехнических конструкций,
предназначенных к эксплуатации в средних широтах, применяются бетоны
прочностью на сжатие в 28-суточном возрасте 37—45 МПа, с расходом цемента до
300—400 кг/м3 (при ограничении водо- цементного отношения до 0,4), на крупном
заполнителе с фракцией 5—30 мм. Высокая подвижность смеси (более 8 см) обеспечивается введением в состав суперпластифици- рующих добавок, например кретопласта SL, с
дозировкой 0,7 — 1л на 100 кг цемента (плотина в устье В. Шельды в
Нидерландах). Для северных побережий СССР бетоны, работающие в
неблагоприятных режимах, должны без снижения прочности выдерживать ежегодно
около 700 циклов замачивания и осушения и до 400—600 циклов замораживания и
оттаивания. При достаточно высокой обеспеченности (0,95— 0,99) степень
морозостойкости таких бетонов оценивается маркой более Мрз 1000. Однако с
учетом тепловой инерции самого сооружения и массы воды, окружающей его,
влияние среды, как показали исследования, смягчается на 30—40 %.
Необходимо также учитывать химическое и биологическое
воздействие на сооружения морской воды. Например, в районе Кислогубской llcJC
оставленные без защиты металлические конструкции теряют до 0,3 мм/год металла
(при скорости потока 12 м/с — 1 мм), а 58 видов животных-об- растателей (в
основном балянусы, мидии, гидроиды) и 39 видов водорослей образуют на
поверхности сооружений сплошнуюжест- кую 3—7-сантнметровую корку биомассы до
15—20 кг/мг. Для этих условий для ПЭС в СССР были созданы композиции
долговечных составов бетонов и покрытий Бетон особо высокой морозостойкости
был создан для Кислогубской ПЭС с применением наиболее стойких в данных
условиях исходных материалов: сульфатостой- кого цемента (М400, расход до'500
кг/м8), щебня из изверженных пород и кварцевого песка. При подборе состава
бетона принято ограниченное водоцементное отношение (менее 0,4), введение в
строго определенной дозировке пластифицирующих и воздухо- вовлекающих добавок
(СНВ и СДБ) и предусмотрена технология работ, позволяющая получить проектные
характеристики бетона Результаты 20-летних исследований показали высокую
долговечность этого бетона: прочность бетона на сжатие достигла 90 МПа
(проектная прочность 40МПа), водонепроницаемость имеет марку В14, а
морозостойкость превысила марку Мрз 1000. Конструкции здания ПЭС во всех
зонах не имеют повреждений, а состояние контрольных образцов после 12 тыс.
циклов замораживания оценивается по Шестоперову высшими баллами. По мнению
президента FIP Б. Гервика, эти результаты имеют очень важное значение,
поскольку Кислогубская ПЭС является в настоящее время одним из двух крупных
сооружений, построенных в Арктике из железобетона (второе сооружение—
наплавное основание, построенное в 1981 г. в канадской части моря Бофорта).
Применение морозостойкого бетона Мрз 1000 при подвижности
смеси 2—4 см требует больших затрат при его укладке. Поэтому для обеспечения
высокой подвижности (24 см) и при сохранении высокой морозостойкости был
разработан и успешно применен для бетонирования тонкостенных
густоармированных конструкций состав бетона (М400, Мрз 500 и В12) с введением
добавки суперпластификатора и воздухо- вовлекающей добавки катапина —
ингибитора. Эта добавка также воздействует на металл как антикоррозионное
средство, исключающее необходимость очистки арма- туры_от первичных следов
ржавления.
При строительстве Кислогубской ПЭС были применены
традиционные для судостроения средства борьбы с обрастанием — лакокрасочные
покрытия (в основном на оловоорганической основе). Однако срок их действия
составляет 2—4 года, а возобновление в эксплуатационных условиях не
обеспечивало необходимого качества. Значительное удлинение срока необ.
растания бетонных конструкций дает введение биппндных
соединений непосредственно в составы бетонов. В качестве таких биоцидных
добавок были применены водные растворы различных марок ласта- ноксов,
алкилдеметилбензиламмоний хлорида, катапинов, препаратов на медноор-
ганических пестицидах. Натурные испытания позволили установить, что бетоны с
некоторыми биоцидными добавками не обрастают более 10 лет
При большом перепаде температур между подводной и
надводной частями здания Кислогубской ПЭС в стенах здания ПЭС могут возникать
значительные растягивающие напряжения. Для их уменьшения была применена
теплогидроизоляция из вспененного эпоксидного состава толщиной 5 см. Этот состав полностью снял воздействие на «укрытый» бетон влияния попеременного
замораживания-оттаивания.
Гидроизоляционное покрытие подводной зоны здания ПЭС
дегтеэпоксндным составом по прошествии 15 лет разрушений не имеет. Следует
отметить, что на участке без гидроизоляции бетонная поверхность
15-сантиметровой внутренней стенки под напором 9—12 м остается сухой в
течение всего срока эксплуатации.
Антикоррозионные лакокрасочные покрытия, традиционно
применяемые для защиты металла от химической коррозии, как показал опыт
эксплуатации Кислогубской ПЭС, действуют в морской атмосфере всего 1—2 года
(краски типа ХС-720 и ХС- 712Э на затворах), а под водой — до 5 лет (краски
«Неллобоаз» и отечественные типа ХС-712 и ЭП-43). Срок службы этих покрытий
под водой свыше 2 лет обеспечивался лишь при их совестной работе с системой
электрохимической защиты. В этих условиях сохранность оборудования н арматуры
в железобетоне ПЭС обеспечивается созданием цепи постоянного тока между
защищаемой конструкцией (катод) и анодом (протектором), предназначаемым для
разрушения.
Катодная защита ПЭС Ране, состоящая из титановых анодов с
неизмененным за срок службы (15 лет) платиновым покрытием толщиной 50 мкм
(опытные аноды с покрытием 5 мкм работали 17 лет), при плотности тока около
0,17 А/м2, поддерживаемом потенциале 0,3—1,2 В и силе тока до 44 А обеспечила
надежную защиту гидросилового оборудования ПЭС от химической кор. розии с
затратами электроэнергии всего 130 тыс. кВт-ч/год при мощности катодной
станции 10 кВг.
Система катодной защиты агрегата Кислогубской ПЭС
повторяет с некоторыми изменениями схему ПЭС Ране. Она состоит из катодной
станции с выпрямителем, коммуникаций с точек отсоса агрегата на отрицательный
полюс источника тока и анодных линий к анодам с платиновым покрытием. Схема
катодной защиты арматуры и закладных частей здания ПЭС, а также шпунтовой
диафрагмы плотины включает в себя: катодную станцию с выпрямителем,
позволяющим получать ток 300/600 А при напряжении в цепях выпрямленного тока
24/12 В; отсосные линии к защищаемым объектам и анодным заземлениям, которые
состоят из внешних «жертвенных» труб, вынесенных в море, и внутренние трубы,
размещенные в шпациях здания ПЭС. Контроль потенциалов (их значение 0,65—
1,15 В) осуществляется по стальным электродам сравнения, расположенным в
шпациях, и медносульфатным, размещенным по периметру блока ПЭС. Защитный ток
изменяется от 20 до 80 А. Трубные аноды работали проектное время (10— 12
лет), после чего были заменены на новые. Общая мощность катодной защиты
станции равна 3 кВт.
Создание «необрастающих» бетонов решает задачу защиты от
биологического воздействия на лимитируемый срок службы. При этом главным
объектом защиты является проточная часть сооружения и гидроагрегат, которые
необходимо оградить от биологического воздействия моря на весь срок службы
ПЭС. Для этого на Кислогубской ПЭС была предложена и осуществлена
электрохимическая система защиты от обрастания, основанная на получении
токсина прямым электролизом морской воды и подаче его к защищаемым объектам.
Принцип работы системы заключается в прокачке морской воды
насосом через электролизер с выработкой на выходе токсина, подавляющего
обрастание, и подачей его в турбинный водовод в таком количестве, чтобы он не
оказывал влияния на окружающую ПЭС акваторию. Процесс образования токсина
протекает на практически нерастворимых платиновых анодах электролизера, где
происходит окисление хлорного иона — одного из основных ионов морской воды.
Образующийся свободный хлор практически мгновенно гидро- лизуется с
образованием хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона, которые при рН морской
воды в пределах 8,0—8,5 находятся в соизмеримых количествах. Оба компонента
обладают сильным бактерицидным действием.
Система работает только в период выравнивания уровней при
остановке агрегата и в сезон выпада личинок обрастате- лей (май— сентябрь).
Она занимает незначительный объем и может быть размещена на капсуле
гидроагрегата. При соблюдении расчетного режима она обеспечивает полную
защиту турбинного водовода от обрастания. Использование в качестве сырья
морской воды обеспечивает эффективность предложенного способа.
Примененные материалы и средства их защиты обеспечивают
надежную работу железобетонных конструкций ПЭС в течение срока их
эксплуатации, но это не исключает необходимости повышения прочности
материалов (главным образом при истирании льдом), их удешевления и облегчения.
|